Способ работы дизельного двигателя внутреннего сгорания Шевцова И.А. Советский патент 1993 года по МПК F02B3/08 F02B25/00 

Фиг.г

Изобретение относится к машиностроению, в частности двигателестроения, а. именно к двигателям внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия и способам их работы.

Известен способ работы дизельного двигателя внутреннего сгорания со сдвоенными цилиндрами, содержащем по меньшей мере одну пару цилиндров, соединенных между собой каналом, путем впрыска топлива отдельными форсунками в ,камеру сгбрайия каждого цилиндра, причем впрыск топлива в один цилиндр начинают с опережением на 3-25° относительно второго по углу поворота коленчатого вала при синхронном движении поршней, что вызывает при. воспламенении топлива переток части пламенных газов из одного цилиндра в другой и о.братно, интенсифицирующий смесеобразование. Недостатком известного способа работы является растянутость процесса подачи топлива в цилиндры и не одинаковая степень турбудизации при этом в цилиндрах, из-за чего не удается в. полной мере достигнуть поставленной цели повышения эффективных показателей в работе.

Известентакже способ работы четырехтактного дизельного двигателя внутреннего сгорания Шевцова, содержащего по меньшей мере одну пару цилиндров, соединенных между собой каналом в виде сопла, одинаково расширяющегося, в обе стороны от сечения с наименьшей площадью, путем нагнетания воздуха в цилиндры в. четыре этапа с получением при этом во втором цилиндре на время такта сжатия более высокого давления, чем в- первом,, перетока по перепускному каналу некоторого количества воздуха мз второго цилиндра в первый при такте сжатия и создания в результате этого дополнительной турбулизации воздушного заряда в первом цилиндре, впрыска топлива в конце сжатия в первый цилиндр опережением относительно впрыска во второй цилиндр, самовоспламенения топлива- в первом цилиндре с перетоком пламенных газов по каналу из первого цилиндра во.второй, воспламенения факелом пламенных газов топлива во втором цилиндре с дополнительной турбулизацией в нем, обратным перетоком пламенных газов из второго цилиндра в первый, одновременного прекращения впрыска топлива е цилиндры , догорания топлива в расширяющихся объемах газов и выпуска из цилиндров отработавших газов, причем соотношение количеств впрыскиваемого топлива в цилиндры на всех режимах выдерживают равным.

Известный способ работы дизельного Двигателя позволяет более полно интенсифицировать завихрение заряда в одном и в другом цилиндрах, но, как известно, в двигателях с наддувом плотность воздушного заряда возрастает и поэтому при впрыске

топлива для достижения необходимой дальнобойности струй топлива из форсунок приходится увеличивать давление нагнетания топлива и диаметр распылительных отверстий, а последнее отрицательно сказывает0 ся на качестве смесеобразования, что влечет за собой некоторое снижение объемной мощности и пусковых качеств у двигателя.

Цель изобретения - повышение объем5 ной мощности и облегчение пуска.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу работы дизельного двигателя внутреннего сгорания путем подачи воздуха по меньшей мере в одну пару ци0 линдров, соединенных между собой при помощи перепускного канала, выполненного в виде сопла, одинаково расширяющегося в обе стороны от сечения минимальной площади, в несколько этапов: на первом этапе

5 -при синхронном движении поршней к нижней мертвой точке путем нагнетания воздуха под давлением через впускные кла- : паны обоих цилиндров при открытых выпускных клапанах; на втором этапе - при

0 закрытом выпускном клапане второго цилиндра;, на третьем этапе - при закрытых выпускных клапанах обоих цилиндров и на четвертом этапе - при синхронном движении поршней к верхней мертвой точке через

5 впускной клапан первого цилиндра при закрытом впускном клапане второго цилиндра, сжатия воздуха поршнями с перетоком воздуха из второго цилиндра в первый по перепускному каналу и турбулизацией воз0 душного заряда в первом цилиндре, впрыска в конце сжатия .воздуха топлива и его самовоспламенения в первом цилиндре с перетоком пламенных.газов по каналу из первого цилиндра во второй, воспламене5 ния факелом пламенных газов топлива во втором цилиндре с дополнительной турбулизацией в нем и обратным перетоком пла- : менных газов из второго цилиндра в первый, сгорания топлива, расширения

0 продуктов сгорания и выпуска из цилиндров отработавших газов, топливо впрыскивают в перепускной канал с направлением его струй в стороны цилиндров, причем впрыск топлива начинают в поток- воздуха, и закан5 чивают в факел пламенных газов.

На фиг.1 изображен продольный разрез четырехтактного дизельного двигателя, реализующего описываемый способ работы; на фиг.2 - вид А на фиг, 1; на фиг.З - то же, вариант устройства; на фиг.4 --график характеристики ввода топлива (о), впрыскиваемого на сгорание к определенному моменту в долях цикловой подачи (р ), где 1 - начало впрыска, 2 - момент вспышки топли- .ва, 3 - окончание впрыска.

Двигатель, реализующий описываемый способ содержит по меньшей мере одну пару цилиндров 1 и 2 одинакового объема, снабженных крышками 3 и 4. В последних размещены впускные клапаны 5, 6 и выпускные клапаны 7, 8. Камеры 9 и 1.0 сгорания цилиндров 1 и 2 соединены между собой при помощи перепускного канала 11, выполненного, например, по кратчайшему расстоянию между цилиндрами 1 и 2 в виде , одинаково расширяющегося в обе Стороны от сечения минимальной площади, Которое устраивают такой небольшой величины, чтобы сохранять переток воздуха через канал 11 из цилиндра 2 в цилиндр 1 возрастающим потоком во все время такта сжатия вплоть до момента подачи топлива и его самовоспламенения в цилиндре 1, происходящего незадолго до в.м.т. Впрыск производят форсункой 12 с распылительными отверстиями внутри перепускного канала 11, которые направляют струи топлива в стороны цилиндра 1 и 2. Поршни 13 и. 14 размещены в цилиндрах 1 и 2 с возможностью синхронного движения. В варианте двигатель может быть снабжен дополни- .тельной форсункой 15,

Способ реализуется следующим образом. Свежий воздух подают в цилиндры че- р;ез клапаны 5 и 6, а удаление отработавших грзов производят через клапаны 7 и 8. Воздух подается в цилиндры при помощи нагнетателя (не показан). При работе используют такой сорт дизельного топлива (например, с метановым числом 40%50 ед) и впрыск его производят по характеристике, чтобы самовоспламенение его происходило в момент незадолго до в.м.т. и при этом объем топлива, поданного до момента самовоспламенения, в один цилиндр, был ориентировочно одинаков объему топлива, поданному после момента вспышки, в другой цилиндр на всех режимах работы, для чего используют регулирование подачи способом одновременного изменения начала и конца подачи. При работе двигателя в период перекрытия клапанов через открытые впускные клапаны 5 и 6 и выпускные клапаны 7 и 8 цилиндры 1 и 2 продуваются воздухом, Затем при движении поршней 13 и 14 к нижней мертвой точке вначале закрывают выпускной клапан 8 в цилиндре 2, давление в нем возрастает, в то время как в цилиндре 1 еще производится продувка. При этом

воздух из цилиндра 2 частично перетекает в цилиндр 1 через канал 11, охлаждая его и очищая от отработавших газов, с удалением их наружу через открытый выпускной клапан.7 в цилиндре 1. Затем выпускной клапан 7 в цилиндре 1 также закрывается и в цилиндры 1 и 2 происходит втекание свежего воздуха за счет избыточного давления воздуха, а переток его через канал 11 прекращается.

0 При движении поршней 13 и 14 к верхней мертвой точке во время, когда в цилиндрах

1 и 2 произойдет наддув, вначале закрывается впускной клапан б в цилиндре 2 и воздух в нем .начинает сжиматься, а в цилиндре 5 1 впускной клапан 5 закрывается несколько позднее. За счет этого давление в цилиндре

2 становится выше, чем в цилиндре 1. После того, как впускной клапан 5 в цилиндре 1 также будет закрыт, сжатие воздуха в обоих

0 цилиндрах будет происходить при все более усиливающемся перетоке воздуха по каналу 11 из цилиндра 2 в цилиндр 1, струя которого при этом будет охлаждать канал 11 и создавать в цилиндре 1 все усиливающееся.

5 завихрение воздуха в камере 9 сгорания по двум полуокружностям. При достижении заданного опережения в перепускной канал 11 начинают впрыск топлива форсункой 1-2, распылительные отверстия которой направ0 ляют струи топлива вдоль канала как в сторону цилиндра 1 так и в сторону цилиндра 2. Топливо первой части впрыска; т.е. до момента его вспышки незадолго до достижения поршнями в.м.т., сразу по выходе из

5 форсунки распыляется и переносится струей воздуха в камеру 9 цилиндра I и турбулизирует воздух в ней, смешивая его с распыленным топливом. При этом, поскольку струя топлива в канале 11 из форсунки 12

0 в направлении цилиндра 2 имеет интенсивный теплообмен со в.стречной.струей нагретого воздуха, процесс воспламенения капель этого топлива в камере 9 цилиндра 1 будет ускоряться, поэтому двигатель будет

5 иметь хорошие пусковые качества. После

самовоспламенения топлива в цилиндре 1 давление рабочей смеси в нем возрастает и топливные газы устремляются по перепускному каналу 11 в камеру 10 цилиндра 2, а

0 т.к., подача топлива форсункой 12 еще продолжается, то за счет пульверизационного эффекта уже потока топливных газов струи топлива из форсунки сразу раздробляются . на мелкие капли, которые переносятся и

5 воспламеняются факелом, а образующимся вихрем распределяются по обьему камеры 10, смешиваясь с чистым воздухом, благодаря чему происходит, как и в цилиндре 1. полное и бездымное сгорание всего топлива при сокращении избытка воздуха, т.е. двигатель имеет высокую объемную мощность. До окончании подачи топлива форсункой 12 начинается обратное перетекание пламенных газов же из цилиндра 2 в цилиндр 1, струя которых раздробляет остатки топлива еще подаваемого форсункой 12 и переносит их в камеру 9 цилиндра 1, усиливая в нем турбулизацию, что способствует лучшему догоранйю остатков топлива в этом цилин- дре. После окончания.подачи топлива фор- сункой 12 происходит догора ние топлива в обоих цилиндрах в расширяющихся объемах газов.

Функциональность способа может быть расширена, т.к. регулирование подачи топ- лива возможно осуществлять и способом изменения конца подачи при неизменном начале подачи. При максимальной мощности и в этом случае объем топлива, подаваемого до момента самовоспламенения в один цилиндр, одинаков объему топлива, подаваемого после-момента вспышки, в другой цилиндр, а на других режимах работы объем топлива, поданного после момента вспышки, будет меньше, чем объем

подачи до момента вспышки, т.е. в данном случае по крайней мере до половины нагрузки от максимальной в один цилиндр пвдача сохраняется одна и та же (половина максимальной), а в другой цилиндр она в этой или иной мере в зависимости от нагрузки уменьшается вплоть до О, а уже пои дальнейшем уменьшении мощности топливо будет поступать только в один цилиндр в уменьшающемся количестве вплоть до количества холостого хода. Если дизельный двигатель устроен с двумя форсунками 12 и 15 для работы на двух видах топлива, то они начинают и оканчивают впрыск одинаковых объемов топлив одновременно, причем форсунка 12 работает на более самовоспламеняемом топливе, с характеристикой на фиг.4, а форсунка 15 работает на другом топливе, процесс же смесеобразования идет вышеуказанным порядком.

Способ может быть осуществлен и в двухтактных спаренных дизельных двигателях, если они устроены для наполнения их цилиндров в четыре этапа.

Сущность изобретения: топливо впрыскивают в перепускной канал 11 с направлением его струй в стороны цилиндров 1. 2. причем впрыск топлива начинают в поток воздуха, а заканчивают - в факел пламенных газов. При этом струи топлива сразу по выходе из распылительных отверстий форсунки 12 из-за пульверизационного эффекта раздробляются на мелкие капли и переносятся вначале потоком воздуха в цилиндр 1, где смешиваются с завихренным воздухом, а затем%когда топливо в цилиндре 1 самовоспламенится, струи топлива из форсунки 12 раздробляются на мелкие капли потоком топливных газов и переносятся ими в цилиндр 2, где они смешиваются с завихренным воздухом и воспламеняются факелом. Распыление топлива за счет кинетической энергии потока воздуха, а затем потока пламенных газов в перепускном канале 11, усиление турбулизации зарядов в обоих цилиндрах потоком воздуха и пламенных газов из перепускного канала 11 в минимальных объемах сжатия облегчает пуск и повышает обьемную мощность двигателя. 4 ил. со с

Формул а--из обретения

Способ работы дизельного Двигателя внутреннего сгорания путем подачи воздуха по меньшей мере в одну пару цилиндров , соединенных между собой при помощи перепускного канала, выполненного в виде сопла, одинаково расширяющегося в обе стороны от сечения минимальной площади, в несколько этапов: на первом этапе - при синхронном движении поршней к нижней мертвой точке путем нагнетания воздуха под давлением через впускные клапаны обоих цилиндров при открытых выпускных клапанах, на втором этапе - при закрытом выпускном клапане второго цилиндра, на .третьем этапе - при закрытых выпускных клапанах обоих цилиндров, на четвёртом этапе - при синхронном движении поршней к верхней мертвой точке через впускной клапан первого цилиндра при закрытом впускном клапане второго цилиндра, сжатия

воздуха поршнями с перетоком воздуха из второго цилиндра в первый по перепускному каналу и турбулизацией воздушного заряда в первом цилиндре, впрыска в конце сжатия воздуха топлива и его самовоспламенения в первом цилиндре с перетоком, пламенных газов по каналу из первого цилиндра во второй, воспламенения факелом пламенных газов топлива во втором цилиндре с дополнительной турбулизацией в нем и обратным перетоком пламенных газов из второго цилиндра в первый, сгорания топлива, расширения продуктов сгорания и выпуска из цилиндров отработавших газов, о т.л и чающийся тем, что, с целью повышения объемной мощности и облегчения пуска, топливо впрыскивают в перепускной канал с направлением его струй в стороны цилиндров, причем впрыск топлива начинают в поток воздуха, а заканчивают - в факел пламенных газов.